(57)【要約】      （修正有）【課題】加工不良の発生を未然に検知でき、ダミーウェハを用いずとも正確に処理結果を予測できるプラズマ処理技術を提供する。【解決手段】処理ガスの供給手段２５１とプラズマ生成手段２５６を備え、試料２５７がない状態と試料がある状態とのそれぞれでプラズマ処理を施す処理室２５０と、該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段２６１，２６４と、前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段と、試料がある状態を処理室内に模擬したプラズマ処理を行って前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料のプラズマ処理の際に前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成して記憶する制御部２６５を備え、該制御部は、試料がない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データと前記記憶した予測式をもとに後続するプラズマ処理における処理結果を予測する。【選択図】図６
2007073751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスの供給手段およびプラズマ生成手段を備え、試料が搬入されていない状態および試料が搬入された状態でそれぞれプラズマを生成してプラズマ処理を施す処理室と、
該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段と、
前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段と、
試料が搬入されていない状態で、試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料が搬入された状態におけるプラズマ処理の際に処理を施され前記入力手段を介して入力された前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成して記憶する予測式の生成手段を備えた制御部を備え、
該制御部は、試料が搬入されていない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データと前記記憶した予測式をもとに後続するプラズマ処理における処理結果を予測することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理は、前記試料にプラズマ処理を施した際に得られる反応生成物の成分を含む処理ガスを処理室に導入して行うプラズマ処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理は、処理室にＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４の少なくとも１つを含む処理ガスを導入して行う処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
処理ガスの供給手段およびプラズマ生成手段を備え、試料が搬入されていない状態および試料が搬入された状態でそれぞれプラズマを生成してプラズマ処理を施す処理室と、
該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段と、
前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段と、
試料が搬入されていない状態でのプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料が搬入された状態におけるプラズマ処理の際に処理を施され前記入力手段を介して入力された前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成する予測式の生成手段を備えた制御部を備え、
該制御部は、試料が搬入されていない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データと前記予測式をもとに後続するプラズマ処理における処理結果を予測することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１または４記載の記載のプラズマ処理装置において、  
試料が搬入されていない状態における処理の際、プラズマ処理室を加熱または冷却する手段あるいはプラズマ処理室にイオン引き込み用の電界を形成する手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１または４記載のプラズマ処理装置において、
試料が搬入されていない状態で行うプラズマ処理は、ＢｒまたはＣｌを含むガスを導入して行う処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１または４記載のプラズマ処理装置において、
試料が搬入されていない状態で行うプラズマ処理は、処理室に堆積した堆積物を除去するガスまたは処理室に堆積物を堆積させるガスを導入して行う処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１または４記載のプラズマ処理装置において、
試料が搬入されていない状態で行うプラズマ処理は、処理室にフッ素原子、酸素原子、シリコン原子、およびカーボン原子の少なくとも１つをガス導入して行う処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項１または４記載のプラズマ処理装置において、
試料が搬入されていない状態でのプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出するプラズマ状態データは、該プラズマ処理の終了直前に取得したデータであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１または４記載のプラズマ処理装置において、
処理結果の予測はリアルタイムで行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
試料が搬入されていない状態および試料が搬入された状態でそれぞれプラズマを生成してプラズマ処理を施す処理室と、該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段と、前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段とを備え、
試料が搬入されていない状態で、試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理を行う際、
予め、前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料が搬入された状態におけるプラズマ処理を行う際に処理を施され前記入力手段を介して入力された前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成しておき、
前記生成した予測式と、試料が搬入されていない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データとをもとに、後続するプラズマ処理における処理結果を予測することを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマ処理装置の処理結果予測方法において、
前記試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理は、前記試料にプラズマ処理を施した際に得られる反応生成物の成分を含む処理ガスを処理室に導入して行うことを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１３】
請求項１１記載のプラズマ処理装置の処理結果予測方法において、
前記試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理は、処理室にＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４の少なくとも１つを含む処理ガスを導入して行うことを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１４】
試料が搬入されていない状態および試料が搬入された状態でそれぞれプラズマを生成してプラズマ処理を施す処理室と、該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段と、前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段とを備え、
試料が搬入されていない状態でのプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料が搬入された状態におけるプラズマ処理の際に処理を施され前記入力手段を介して入力された前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成し、生成した予測式と、試料が搬入されていない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データとをもとに、後続するプラズマ処理における処理結果を予測することを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１５】
請求項１１または１４記載の記載のプラズマ処理装置の処理結果予測方法において、  
試料が搬入されていない状態における処理の際、プラズマ処理室を加熱または冷却し、またはプラズマ処理室にイオン引き込み用の電界を形成することを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１６】
請求項１１または１４記載のプラズマ処理装置の処理結果予測方法において、
試料が搬入されていない状態でのプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出するプラズマ状態データは、該プラズマ処理の終了直前に取得することを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【請求項１７】
請求項１１または１４記載のプラズマ処理装置の処理結果予測方法において、
処理結果はリアルタイムで予測することを特徴とするプラズマ処理装置の処理結果予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理技術に係り、特にプラズマ処理による処理結果を予測して最適な処理を施すことのできるプラズマ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の加工寸法は年々微細化している。このため、加工精度に対する要求も厳しくなっており、数ナノメートル以下のばらつきでも不良となることがある。
【０００３】
一方、プラズマを用いて処理ガスを分解し、半導体ウェハを物理化学的に処理するプラズマ処理装置では、装置内部で生成される化学物質などが装置のプラズマ処理室の内壁に付着して残留し、ウェハの処理に影響することがしばしばある。このため、処理条件を一定にしているにも関わらず、ウェハの処理を何枚も重ねるにつれて加工寸法などの処理結果が変わってしまい、安定した量産を困難にするなどの問題がある。
【０００４】
この問題に対応するためには、処理室内にクリーニングプラズマをを生成して処理室内壁に付着した化学物質を除去したり、内壁に適切な化学物質を付着させるなどの操作、いわゆるコンディショニングが行われている。近年、このコンディショニングは、要求される加工精度を満たすために、ウェハ１枚を処理するごとに実施されるようになってきている。この処理は、スループット確保、および生産に寄与しないＮＰＷ(Non―Product Wafer)を削減するため、処理室内にダミーウェハを置かない状態、すなわちウェハレスでのコンディショニングが行われている。
【０００５】
しかしこのような手法を用いても、ウェハの処理結果を完全に一定に保つのに十分ではなく、ウェハの処理結果は徐々に変化し続ける。このため結局は、処理結果が問題となるほど変わる前にプラズマ処理装置を分解して部品交換をするか、液体や超音波を用いた洗浄をするなどのメンテナンスが必要となる。なお、ウェハの処理結果が変動する原因には、このような内部に付着する堆積膜以外にも、処理室を構成する部品の温度の変化など、様々な要因が関与する。
【０００６】
このような背景から、プラズマ処理装置内部の処理状態の変化を検出し、検出結果をプラズマ処理装置にフィードバックしてウェハの処理条件を調整し、一定の処理結果が得られるようにするなどの工夫がなされてきた。
【０００７】
このような技術として、例えば特許文献１，２が知られている。これらの技術では、ウェハの処理中にプラズマの発光スペクトルなどをモニタし、スペクトルの変化と処理結果の変化を事前に相関付けることで、処理に変化が起きていることを検知し、処理条件を適切に調整するというフィードバックを行うことで、安定した処理を実現することを提案している。
【０００８】
また、装置のメンテナンス直後は、洗浄を行ったために処理室内壁の付着物がほとんど無く、ウェハを連続して処理している量産状態とは異なる。そのため、メンテナンス直後には、やはりウェハの処理結果が変わってしまう。この問題に対応するために、化学物質を適切に付着させ、量産中の状態に近づけるためのシーズニングと呼ばれる操作が必要となる。シーズニングでは、バルクのシリコンでできたダミーウェハをエッチングすることで、ウェハとプラズマとの反応生成物をプラズマ処理室の内壁に付着させる方法を用いることが多い。しかし、付着量が少なすぎても多すぎても正常な処理結果が得られないため、シーズニングをいつ終了するかの判断を下すことは難しい。
【０００９】
このシーズニングの終点を判定する技術として、特許文献３が知られている。この技術では、ダミーウェハの処理中にプラズマの発光スペクトルなどをモニタし、発光スペクトルと製品ウェハの処理結果とを相関付ける式から、仮にシーズニングを終了した場合に正常に製品ウェハを処理できるかを推定する方法を提案している。
【特許文献１】特開２００２−１００６１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１５００号公報
【特許文献３】特開２００４−２３５３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記特許文献１になどに開示される技術では、例えば、処理条件の調整によるのみでは正常な処理結果を得ることができないほどの大きな異常の発生が予測されたとしても、すでに処理を開始しているウェハが不良となることを避けることはできない。したがって、これらの技術は不良率の低減に有効であるが、不良の発生を予測し、未然に防ぐには十分ではない。特に近年では、半導体素子の微細化や複雑化、ウェハの大型化が進んでいるために、ウェハ１枚が不良となることは大きな経済的損失となり得る。
【００１１】
前記特許文献２では、ウェハの処理結果が変動するトレンドのパターンをいくつかに分類し、現在のトレンドがどのパターンに基づくものかを判断することで、処理結果を事前に予測できるようにしている。しかし、複数種類の製品ウェハを処理する場合には、直前に処理した製品の種類によってトレンドが変化するため、全種類の製品ウェハの組み合わせについてトレンドのパターンを知ることは困難である。
【００１２】
また、前記特許文献３では、ダミーウェハを処理する間に処理結果が正常になるか否かを予測している。しかし、実際の量産では中古ダミーウェハを使用することが多い。本発明の発明者らの検討によれば、中古ダミーウェハを使用した場合、表面の汚れが外乱として働くために予測精度が粗くなることが分かった。したがって、数ナノメートル以下の加工精度が要求されるような場合には、ダミーウェハ表面の汚れの影響をできるだけ回避することが望ましい。しかし、実際の量産ラインでは、表面状態が管理されたダミーウェハを用意することは困難である。
【００１３】
本発明は，これらの問題点に鑑みてなされたもので、加工不良の発生を未然に検知でき、しかも表面状態が管理されたダミーウェハを用いずとも、正確に処理結果を予測することのできるプラズマ処理技術を提供するものである。処理に際しては、例えば、ウェハレスコンディショニングの時点で、ウェハレスコンディショニング後に着工される製品ウェハの処理結果を予測し、予測結果をもとに着工の可否を判断することにより、不良の発生を未然に防ぐことができる。
【００１４】
従来技術では、前述のように製品を処理する状況、あるいは製品処理に類似した状況でないと、製品ウェハの処理結果を予測することはできないと考えられていた。
【００１５】
ところで、ウェハレスコンディショニングの条件は、製品ウェハを処理する条件とは処理圧力、プラズマ生成電力、バイアス電力、処理ガスの組成など、多くの点で異なっている。例えば、プラズマエッチングにおいては、製品ウェハは複数種類の薄膜で構成されているため、その膜質ごとに使用するガスを変える必要性があることから、製品ウェハ１枚をエッチングするのに数段階から十数段階に分けて処理することが多い。これに対し、ウェハレスコンディショニングはせいぜい１から３段階程度である。
【００１６】
また、製品ウェハのエッチングとコンディショニングの各処理段階のうち、代表的なプラズマ処理条件を挙げて説明すると、製品ウェハのエッチングの処理条件は、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２ガスを流量比１８０／２０／２［ｃｃ／ｍｉｎ］で混合し、圧力０．４［Ｐａ］、プラズマ生成電力５００[Ｗ]、プラズマ中のイオンを引き込みむためのＲＦバイアス２５［Ｗ］である。一方、ウェハレスコンディショニングの処理条件は、ＳＦ６／Ｏ２混合ガスは流量比５５／５［ｃｃ／ｍｉｎ］で混合し、圧力１．０［Ｐａ］、プラズマ生成電力７００[Ｗ]、プラズマ中のイオンを引き込むためのみＲＦバイアス０［Ｗ］である。
【００１７】
さらに、ウェハはその表面でプラズマ中のラジカルやイオンと反応してエッチャントを消費したり、プラズマ中のラジカルやイオンと反応して、反応生成物を生じさせたりするが、ウェハレスコンディショニングでは電極上にウェハを設置していないため、ウェハとの反応性生物生成物は生じない。
【００１８】
このように、ウェハレスコンディショニングの条件と製品ウェハのエッチングの条件は多くの点で異なる。このため、ウエハレスコンディショニングを施している時点で、後続して施される製品ウェハの処理結果を予測することは、従来全く考えられていない。
【００１９】
これに対して、本願の発明者らは、プラズマ処理室内部の状態でウェハの処理結果が決まることに着目し、すなわち、ウェハレスコンディショニング中のプラズマ処理室の状態から、後続する製品ウェハの処理に関連する情報を引き出し、この情報をもとに後続する製品ウェハの処理結果を予測できることに着目し、これに基づいて本願の発明を構成したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００２１】
処理ガスの供給手段およびプラズマ生成手段を備え、試料が搬入されていない状態および試料が搬入された状態でそれぞれプラズマを生成してプラズマ処理を施す処理室と、該処理室内のプラズマ状態を検出する状態検出手段と、前記プラズマ処理室で処理を施された試料の処理結果データを入力する入力手段と、試料が搬入されていない状態で、試料が存在する状態を処理室内に模擬したプラズマ処理の際に前記状態検出手段により検出したプラズマ状態データと、後続する試料が搬入された状態におけるプラズマ処理の際に処理を施され前記入力手段を介して入力された前記試料の処理結果データをもとに処理結果の予測式を生成して記憶する予測式の生成手段を備えた制御部を備え、該制御部は、試料が搬入されていない状態において前記状態検出手段を介して新たに取得したプラズマ状態データと前記記憶した予測式をもとに後続するプラズマ処理における処理結果を予測する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上の構成を備えるため、加工不良の発生を未然に検知でき、しかも表面状態が管理されたダミーウェハを用いずとも、正確に処理結果を予測することのできるプラズマ処理技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における処理手順を説明する図であり、図２に示す従来技術における処理手順と対比しながら説明する。
【００２４】
図２に示す従来技術では、処理１０６においてＮ枚目のウェハをプラズマ処理し、プラズマ処理室の温度やプラズマの発光スペクトルなどのプロセス情報を取得する測定１０３を行う。測定１０３の結果をもとに、予測１０４によってＮ枚目のウェハの処理結果を予測する。この予測値をもとに判断１０５を行い、Ｎ枚目の製品ウェハの処理結果の予測値が許容範囲に収まっていればＮ＋１枚目のウェハの処理１０６を開始する。
【００２５】
処理１０６の前には、ウェハレスコンディショニング１５１が行われ、処理１０６で付着した化学物質を除去したり、適切な化学物質を付着させたりして、処理結果の変動を抑制する。
【００２６】
このように、プラズマ処理装置では製品ウェハ１枚が処理されるごとにウェハレスコンディショニングが行われ、この手順が繰り返される。しかし、判断１０５でＮ番目の製品ウェハの処理結果の予測値が許容範囲を逸脱した場合、装置の制御１５２に移行してＮ＋１番目の製品ウェハの着工を中止してＮ＋１番目以降の不良の発生を防げるが、すでにＮ番目の製品ウェハは不良になってしまっている。
【００２７】
一方、図１に示す処理手順では、従来技術とは異なり、製品ウェハの処理１０６の前にあるウェハレスコンディショニング１０１の時点で処理結果を予測することができる。これにより、判断１０５の時点で不良が発生すると予測されれば、装置の制御１０７に移行して製品ウェハの処理を中止したり、ウェハレスコンディショニング１０１をやり直すなどの処置をとることができる。このため不良の発生を抑制することができる。
【００２８】
このように、本発明では、不良の発生を事前に予測し、避けることができる。
【００２９】
次に、前記ウェハレスコンディショニング１０１の詳細について説明する。
【００３０】
図３は、ウェハレスコンディショニング１０１の例を説明する図である。まず、図３（ａ）の例では、ウェハレスコンディショニング１０１は、クリーニングステップ２０１と、シーズニングステップ２０２と、予測ステップ２０３に分かれており、予測ステップ２０３の時点で測定１０３を行い、このときの測定結果をもとに図１における処理結果の予測１０４を行う。
【００３１】
図３（ｂ）の例では、特別に予測ステップ２０３を設けず、シーズニングステップ２０２の時点で測定１０３を行う。さらに簡略化したのが図２（ｃ）の例であり、クリーニングステップ２０１の時点で測定１０３を行う。
【００３２】
以下、例として、ＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスやＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスのプラズマを利用して、多結晶シリコンで構成された半導体ウェハをエッチングする場合について説明する。エッチングは、プラズマ中のＦ、Ｃｌ、Ｂｒといったハロゲンとウェハを構成するシリコンとを反応させ、揮発しやすいＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４などにすることで進行する。しかし、これらがプラズマ処理室の内壁に付着し、さらにＯによって酸化されると、シリコン酸化物となって残留する。また、ＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスをプラズマにより解離して生成されたフロロカーボンラジカルも、プラズマ処理室の内壁に堆積して残留する。これらシリコン酸化物やフロロカーボンなどをプラズマ処理室の内壁から除去するには、クリーニングステップ２０１においてＳＦ６／Ｏ２混合ガスのプラズマを用いる。この混合ガスにより生成されたＦラジカルはシリコン酸化物をＳｉＦ４などの揮発しやすい状態にして除去し、ＯラジカルはフロロカーボンをＣＯなどにして除去する。
【００３３】
このようにして付着物の除去を行った直後のプラズマ処理室の内壁は、化学反応性が非常に高い状態になっている。このため、シーズニングステップ２０２により、プラズマを用いて化学的に安定な状態に改質したり、あるいは化学的な平衡状態になるまで何らかの化学物質を付着させるとよい。例えばウェハレスコンディショニング１０１の後に処理する製品ウェハをＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２で処理するならば、シーズニングステップ２０２でもＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスのプラズマを生成して化学物質を付着させておけば、製品ウェハ着工時にはこれらのガスに対して平衡状態にしておくことができる。
【００３４】
以上説明したように、従来ではクリーニングステップ２０１とシーズニングステップ２０２を実行するのに対し、図３（ａ）の例では、さらに予測ステップ２０３が加えられている。
【００３５】
予測ステップ２０３では、ウェハレスコンディショニング１０１の後に処理する製品ウェハの処理結果を予測するため、製品ウェハを処理しているときの状態をできる限り模擬する。例えばウェハレスコンディショニング１０１の後に、製品ウェハをＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスのプラズマで処理する場合には、予測ステップ２０３で使用するガスはＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスに、さらにシリコンウェハとプラズマとの反応生成物を模擬するためのＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４ガスを添加する。あるいは、製品ウェハをＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスのプラズマで処理する場合には、予測ステップ２０３にも同じＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスを使用し、さらにウェハとの反応生成物を模擬するためのＳｉＦ４を添加する。
【００３６】
どのようなガスを使用するかは、ウェハレスコンディショニング後に処理する製品ウェハに使用するガスにあわせて設定する。このように、反応生成物を模擬したガスを添加することで、予測ステップ２０３の状態をできるだけ製品ウェハを処理する状態に近づけ、そのような予測ステップ２０３に対して測定１０３を行い、処理結果の予測精度を高める。  以上、予測ステップ２０３の処理条件の一例を示したが、実際に量産ラインで製品ウェハを処理する場合は、１枚のウェハを最初にＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスのプラズマで処理し、続いてＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスのプラズマで処理するなどの複数段階に分かれていることがほとんどである。このような場合は、最終的な処理結果に最も影響しやすいガスとその反応生成物を模擬したガスを予測ステップ２０３に使用する。このように、製品ウェハの種類に合わせて使い分けるのが望ましい。
【００３７】
以上、反応生成物を模擬するガスを添加することで予測精度を向上する方法を述べたが、製品ウェハの処理を模擬するためのガスを特に添加しなくても、プラズマ処理室の状態を反映しやすいガスを用いて処理結果を予測してもよい。例えば、本願の発明者らがシーズニングステップ２０２に使用しているガスはＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２の混合ガスであり、このうちＨＢｒとＣｌ２ガスはプラズマ処理室の状態を反映しやすいガスである。このときは、予測ステップ２０３を特別に設けずとも、シーズニングステップ２０２の時点で測定１０３を行うことで予測１０４を行うことができ、実施の形態としては図３（ｂ）となる。図３（ｂ）では、シーズニングステップ２０２のときに測定１０３を行い、得られた測定値をもとにウェハレスコンディショニング１０１後の製品ウェハの処理結果を予測する。
【００３８】
図４は、図３（ｂ）の手順にしたがって、シーズニングステップ２０２で予測を行った実験の結果を示す図である。図４（ａ）には、ＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスプラズマを用いて多結晶シリコンのウェハをエッチングしたときのエッチング速度の変化率を予測するための予測式を作成し、実測値と比較した結果を示した。シーズニングステップ２０２のプラズマの発光スペクトルを主成分解析して得られた第１主成分スコアをｓ１、第２主成分スコアをｓ２として予測式の説明変数にしており、４番目のウェハまでのデータ予測式を作成し、５番目、６番目のウェハの測定値は予測式の検証に用いた。この実験では、エッチング速度の変化率を実測値と３％以内の差で予測できた。
【００３９】
また、図４（ｂ）は、エッチング速度と相関のあるラジカルを、プラズマの発光スペクトルの中から主成分解析により抽出したものである。このとき、ＢｒとＣｌのラジカルの発光ピークが負の方向に見えている。このことは、エッチング速度が増加するときにＢｒとＣｌラジカルの発光強度が減衰し、逆にエッチング速度が低下するときにはＢｒとＣｌラジカルが増加することを意味している。プラズマ処理室内壁に付着している化学物質がカーボンを含む有機物であるときにはＢｒとＣｌラジカルの発光強度が減衰し、付着している化学物質がシリコン酸化物であるときには発光強度が増加することがこれまでの研究論文で報告されており、今回の実験でのエッチング速度の変化の原因は、これらの付着物に起因していることが推測される。以上のことから、プラズマ処理室の内壁の状態を反映しやすいＣｌ２やＨＢｒガスを添加することでウェハレスコンディショニング１０１直後の製品ウェハの処理結果を予測することができることが示された。
【００４０】
このように、以上の実験よれば、シーズニングステップ２０２の時点でエッチング速度を予測できることが分かる。
【００４１】
さらに、他の実験では、図３（ｃ）の手順に従って、クリーニングステップ２０１のみを実施し、クリーニング２０１の時点で実行した測定１０３をもとに処理結果を予測することもできた。このときは、クリーニング２０１をＳＦ６／Ｏ２混合ガスのプラズマで行い、ウェハレスコンディショニング後に製品ウェハをＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスのプラズマでエッチングしてＣＭＯＳデバイスのゲート形状を作成し、ゲート幅を評価した。
【００４２】
図５は、前記他の実験の結果を示す図である。 図５（ａ）には、予測式と実測値を比較した結果を示す。予測式の作成には１番目から６番目のウェハまでを使用し、７番目と８番目は予測式の検証に用いた。この予測式による予測値と実測値との差は５％以内であった。
【００４３】
図５（ｂ）は、ゲートの寸法と相関のあるラジカルを、プラズマの発光スペクトルの中から主成分解析により抽出した固有ベクトルである。負の方向にはフッ素とＳｉＦのピークが見えている。このことは、ゲート寸法が減少するときにフッ素とＳｉＦラジカルの発光強度が増加することを意味している。波長６９０ナノメートル付近に見えている方形状の負のピークは、この波長の発光ピークが分光器の感度スケールをオーバーしたためにできたもので、もともとはフッ素のピークである。図５（ｂ）の固有ベクトルから、ウェハレスコンディショニング後にも残留したフッ素やフッ素を含むシリコン化合物が、直後の製品ウェハのエッチングを促進することによりゲート寸法が減少する（細くなる）と考えられる。以上のことから、プラズマ処理室の内壁に付着した化学物質を除去するクリーニングステップ２０１でもプラズマ処理室の内壁の状態を知ることができ、ウェハレスコンディショニング１０１直後の製品ウェハの処理結果を予測することができることが示された。
【００４４】
以上説明したように、ウェハレスコンディショニング中のプラズマの発光スペクトルから、ウェハレスコンディショニング後にプラズマ処理する製品ウェハの処理結果が予測できることが、実験からも明らかになった。この予測値と、製品ウェハの処理結果の正常な範囲とを比較し、正常な範囲にあればウェハレスコンディショニング１０１の後に製品ウェハの着工を開始し、正常な範囲を逸脱していれば処理を中止することにより、不良の発生を未然に防ぐことができる。
【００４５】
ところで、ウェハレスコンディショニング１０１の例を図３に示したが、本発明はこのような構成に限定されない。ウェハレスコンディショニング１０１の中にシーズニングステップ２０２だけがあって同時に測定１０３を行うものでもよいし、単にプラズマ処理室の昇温を目的としたステップで予測可能になるならば、このような昇温ステップを設け、そこで測定１０３を行ってもよい。本発明の特徴はウェハレスコンディショニング１０１の間に測定１０３を行うことで処理結果を予測することであるから、ウェハレスコンディショニング１０１の設計は自由に行ってよい。
【００４６】
また、前述したように、ウェハレスコンディショニング１０１中に次の製品ウェハの処理結果を予測するには、できる限り製品ウェハを処理する状態を模擬するか、あるいはプラズマ処理室の状態を反映しやすいガスでプラズマを生成するとよい。しかし、プラズマ処理室内壁に付着する化学物質の中には脱離しにくいものや、吸着しにくいものがある。このようなときには、処理室の内壁を加熱して付着物が揮発しやすい状態を作ったり、あるいは冷却して化学物質が吸着しやすい状態を作ったりして、内壁の状態をプラズマが反映しやすい状態を作ってやればよい。あるいはプラチナの付着物などのようにプラズマ中に、プラズマ中に脱離しにくい物質があるときは、例えばプラズマ処理室の内壁にプラズマ中のイオンを引き込むための電界を形成し、イオンによるスパッタで出てきた化学物質の情報をプラズマの発光スペクトルから抽出すれば、予測精度が向上する。
【００４７】
図６は、本実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。ウェハをプラズマ処理するためのプラズマ処理室２５０内には、処理ガスを供給するガス供給手段２５１、処理ガスを排気しプラズマ処理室２５０内の圧力を制御するバルブ２５３、ガス排気手段２５２、および圧力計２５４が備えられている。また、プラズマ処理室２５０内にプラズマを生成するためのプラズマ生成手段２５６が備えられており、プラズマ生成手段２５６には、該手段に電力を供給する電源２６０とインピーダンスを調整するためのチューナ２５９が備えられている。
【００４８】
さらにプラズマ処理室２５０内には処理対象のウェハ２５７を支持するステージ２５５が設置されており、ステージ２５５には、該ステージに電圧を印加するための電源２６３とインピーダンスを調整するためのチューナ２６２が備えられている。
【００４９】
図４および図５に示す実験にあたっては、このプラズマ処理装置に、状態検出手段として分光器２６４および分光器２６４から出力された信号を受けるための受信部３０１を備えた装置制御部２６５を設置した。分光器２６４はＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓ社製のＳＤ２０００で、約２００ナノメートルから９００ナノメートルの範囲にわたる波長を２０４８チャンネルに分解し、信号として出力する。装置制御部２６５は受信部３０１により分光器２６４からの出力信号を受け、それをもとに処理結果の予測や、プラズマ処理装置の制御を行う。
【００５０】
なお、分光器２６４の代わりに、状態検出手段２５８および２６１を使用してもよい。状態検出手段２５８および２６１は、それぞれプラズマ生成手段２５６およびステージ２５５に電力を加える経路に設置された電流検出器または電圧検出器である。なお、状態検出手段としては、前記分光器の外に電流電圧位相差検出器、電力の進行波検出器、反射波検出器、インピーダンスモニタなどのいずれであってもよい。電力が交流で供給される場合には、状態検出手段２５８および２６１は、検出した電流や電圧をフーリエ変換して周波数ごとに分解し、数個から十数個程度の信号を生成して出力する機構を備えていることが好ましい。また、これらの状態検出手段２５８、２６１、２６４は、そのうちの１つ以上を使用し、出力信号を受信部３０１に送信することで本発明の実施は可能であるが、以降の説明では状態検出器２６４を分光器とし、これを使用した場合について説明する。
【００５１】
図７は、図６に示す装置制御部２６５の詳細を説明する図である。装置制御部２６５は、例えば図４と図５の実験では単体の計算機として説明したが、本実施形態においては、ネットワークで結ばれた複数の計算機の集合であってもよく、プラズマ処理装置の一部であってもよい。
【００５２】
装置制御部２６５内の受信部３０１は、分光器２６４などからの出力信号を受信し、データ記憶部３０２に記憶させる。データ圧縮などが必要なときには、記憶させる段階で主成分解析など必要な演算を行う。一方、装置制御部２６５は、ウェハ２５７をプラズマ処理し、電子顕微鏡や膜厚干渉計などで測定した処理結果を、測定装置と結ばれたネットワークインターフェースあるいは管理者が直接入力するためのキーボードやタッチパネルなどの測定値入力手段３０３を介して受信する。測定値入力手段３０３からの入力は、測定値記憶部３０４に記憶される。
【００５３】
次に、必要に応じて、データ記憶部３０２に記憶されたデータとそれに対応する測定値を測定値記憶部３０４から読み出し、予測式作成部３０５に入力する。予測式作成部３０５は、入力されたデータをもとに、データ記憶部３０２から入力されたデータから測定値を予測することのできる予測式を作成し、予測式記憶部３０６に保存する。なお、予測式の作成には、図４や図５の実験のように主成分解析を用いるのが好適であるが、多変量解析を用いてもよいし、注目すべきラジカルの発光強度などの信号を、差あるいは比をとるなどして得た演算結果を説明変数にしてもよい。
【００５４】
処理結果の予測が必要になると、予測実行部３０７は、必要なデータをデータ記憶部３０２から読み出し、例えば主成分解析などの必要な演算を行った後、予測式記憶部３０６から読み出された予測式に代入し、ウェハ２５７の処理結果の予測値を得る。比較部３０８は、予測実行部３０７からの出力である予測値と管理値記憶部３０９に記憶された正常な範囲とを比較する。管理値記憶部３０９に記憶された正常な範囲は、ウェハ２５７の処理結果の上限と下限であり、装置の管理者が設定することができる。
【００５５】
比較部３０８は、予測値が正常な範囲にあると判断すると、その旨を制御部３１０に出力し、これを受けて制御部３１０はプラズマ処理装置を制御し、運転を続行する。一方、比較部３０８が、予測値が正常な範囲にないと判断すると、その旨を制御部３１０と通知部３１１に出力する。通知部３１１はこの出力を受けて、例えば図示しないディスプレイ、アラーム、電子メールなどの手段を通じて、装置管理者に告知する。この場合、制御部３１０は、管理者からの入力があるまでプラズマ処理装置の運転を待機させるか、あるいは可能であれば運転の続行に必要な処置を行ってから、運転を再開する。
【００５６】
図８は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の運用方法について説明する図である。まず、プラズマ処理室２５０のウェハレスコンディショニング１０１を行う。一方、図３で説明したように、ウェハレスコンディショニング１０１の間、分光器２６４を用いてプラズマの発光スペクトルを測定し、装置制御部２６５に測定結果を送信する。ウェハレスコンディショニング１０１が終了した後、予測値の算出３５２を実行する。
【００５７】
次に、予測値の算出３５２後の判断３５３において、管理値記憶部３０９に記憶された管理値と比較し、予測値が正常な範囲にあると判断したときは、ウェハ２５７をプラズマ処理室２５０に搬入し、プラズマ処理３５４を実行する。予測値が正常な範囲にないと判断したときは、プロセス異常の判定３５５へ移行する。異常の判定３５５の後の処理は、例えばウェハレスコンディショニング１０１の再実行でもよいし、直ちに装置を待機状態にするのでもよい。または、ウェハレスコンディショニング１０１の再実行回数の上限を予め設定しておき、所定の回数の再実行で正常な予測値が得られなければ、プロセス異常との判定３５５に移行するのでもよい。
【００５８】
ウェハのプラズマ処理３５４を実施した後は、処理結果の測定３５６を行う。測定３５６またはプラズマ処理３５４を終了した時点で、ウェハレスコンディショニング１０１に戻り、次のウェハ２５７の処理に備える。また、量産工程において、処理結果の測定値や予測値が正常な範囲に十分収まっていると判断できるときは、処理結果の測定３５６を毎回行う必要は無く、確認のために所定の頻度で行うだけでよい。
【００５９】
また、ある程度の時間が経過すると、装置状態検出手段２５８、２６１、２６４が経時変化を起こすことがあり、このような場合は予測が正しく行えないことがある。例えば状態測定手段２６４が分光器の場合には、受光部に化学物質が堆積して受光量が減少するなどの現象が起こる。このようなときには、たとえプラズマの発光スペクトルに変化がなくとも受光するスペクトルが変形してしまうために、あたかもプラズマの発光スペクトルが変化しているように見えてしまい、測定１０３を正常に行うことができない。このような場合に対処するために、一定の期間を経るごとに最新のデータを用いて予測式を作成しなおすとよい。このとき、ある程度古いデータを用いて予測式を作成すると、分光器２６４の性能が経時変化しているために、正しい予測式を作成できないことがあるので、古いデータは除外して予測式を作成しなおしてもよい。また、データに重み付けをして、古いデータの影響が小さくなるようにしてもよいし、あるいは逆に、古いデータの活用が必要な場合は、古いデータも積極的に活用して予測式の作成を行えばよい。
【００６０】
以上、本発明の第一の実施形態を説明した。これによれば、予測値の算出３５２を実行することで、ウェハ２５７の処理結果が不良となるか否かを事前に判断できるため、不良の発生率を大幅に低減することができる。また、処理結果の予測値を用いて不良が発生するか否かを判断するため、判断基準が明確になる。
【００６１】
図９は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。この例では、ウェハレスコンディショニング１０１中にリアルタイムに予測値の算出を行い、ウェハレスコンディショニング１０１の終点検知を行う。なお、以降の各実施形態におけるプラズマ処理装置の構成は第１の実施形態のそれと同様である。
【００６２】
図９に示すように、ウェハレスコンディショニング１０１を開始するとともに、または所定の時間が経過した後に予測式を用いて予測値の算出４０１を開始する。一方で、算出された予測値の正常な範囲との比較４０２も行われる。算出された予測値が正常な範囲にあると判断すると、ウェハレスコンディショニングの終了動作４０４に移行し、ウェハ２５７のプラズマ処理３５４が実施される。プラズマ処理３５４とその後の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００６３】
前記比較４０２において、算出された予測値が正常な範囲にないと判断したときは、ウェハレスコンディショニング時間の確認４０３に移行する。予め設定された所定の時間内であると確認できれば、ウェハレスコンディショニングと予測値の算出を続行する処理４０１に移行し、予測値の算出を続行する。このサイクルをリアルタイムで行う。好適には１秒以下に１回のサイクルである。一方で、ウェハレスコンディショニング時間の確認４０３で、所定の時間が経過していると判断すれば、プロセス異常の判定４０５に移行し、処理の停止など必要な処置を行う。
【００６４】
図１０は、図９に示す運用手順にしたがって、予測値を用いてウェハレスコンディショニング１０１の終点を検出する方法を説明する図である。図１０（ａ）において、曲線４５１は、ウェハ２５７に対してプラズマ処理３５４を実行した処理結果の予測値の、ウェハレスコンディショニング１０１中の変化を示しており、範囲４５２は、管理値記憶部３０９から読み出された正常な処理結果の範囲である。
【００６５】
図１０（ａ）に示すように、ウェハレスコンディショニング１０１初期には正常な範囲４５２を逸脱している予測値が、ウェハレスコンディショニング１０１が進行するにしたがって正常な範囲４５２に近づき、最終的には正常な範囲４５２に収まる。このように、予測値が範囲４５２に十分収まったことを以って、ウェハレスコンディショニング１０１の終点４５３であると判断し、処理３５４に移行する。図１０（ａ）に示すような表示を、図示しないディスプレイに表示し、装置管理者がこれを見ながら手動で終点判定を行ってもよいし、より好適には装置制御部２６５が自動で終点を判定する。また、終点４５３に達した後に、所定の時間だけさらにウェハレスコンディショニング１０１を継続してからウェハレスコンディショニング１０１を終了してもよい。
【００６６】
前述の図５に示す実験において、この実施形態を検証するため、予測値の変化を示したのが図１０（ｂ）である。実測値は、図５の実験における８枚目のウェハのものであり、これに対して、ウェハレスコンディショニング１０１中のクリーニングステップ２０１の処理時間を横軸に示した。ゲート寸法の正常な範囲は、−３％から＋３％としている。クリーニングが進行するに従い、予測値が次第に増加し、０％となったところでウェハレスコンディショニングを終了したところ、ゲート寸法の変化率は−２．４％となった。このように、ウェハレスコンディショニング１０１中にリアルタイムで予測値を算出すれば、処理結果の予測値が正常な処理結果の範囲に入ったところでウェハレスコンディショニング１０１の終点４５３を得ることができる。
【００６７】
以上のようにして、ウェハレスコンディショニング１０１の終点４５３を正確に得ることができると、ウェハ２５７の正常な処理結果を得ることがより確実になる。また、過剰なウェハレスコンディショニング１０１が原因で正常な処理が行えなくなることや、プラズマによる装置部品の過剰な消耗を防ぐことができ、ウェハ２５７の不良率や装置のメンテナンスコストを低減することができる。
【００６８】
また、従来技術では特定の化学物質の発光強度などを監視することで終点検出していたが、監視の対象としている化学物質以外の原因で処理結果が変動したり、正常な範囲５０２の設定方法が明確でないという問題があった。本実施形態のように予測値を用いて終点を管理すると、正常な範囲４５２として設定すべき値が明確になり、より確実に終点４５３を得ることができる。
【００６９】
正確な終点４５３が得られるようにするには、正しい予測式を作成する必要がある。予測式を作成するにあたり注意すべき第１点は、分光器２６４からの信号のうち、ウェハレスコンディショニング１０１が終了する直前の信号のみを用いて予測式を作成することである。ウェハレスコンディショニング１０１の終了間際になるほど、製品ウェハ２５７を実際にプラズマ処理するときの装置状態に近づくため、終了間際に得られる情報こそが予測式を作成するに当たって重要な情報であるが、終了のごく直前になるとプラズマを消すときの大きな変化が分光器２６４からの信号に含まれてしまうため、正しい予測式が作成できなくなる。
【００７０】
また、注意すべき第２点は、分光器２６４などの装置状態検出手段には、感度のよいものを使用することである。ウェハレスコンディショニング１０１が終了する間際の時間帯におけるプラズマ処理室２５０の状態はほぼ特定の状態に近いが、わずかな経時変化があり、これが製品ウェハ２５７の処理結果を変動させている。そこで、例えば分光器２６４を使用する場合には、波長分解能が高く、ノイズの少ないものを使用する必要がある。好適には、本実験でも使用したＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓ社製の分光器ＳＤ２０００（約２００ナノメートルから９００ナノメートルの範囲にわたる波長を２０４８チャンネルに分解する）と同等か、それ以上の分解能とＳ／Ｎ比をもつものがよい。
【００７１】
ここまでの実施形態では、製品ウェハが１種類であるとして説明した。しかし、量産においては１台のプラズマ処理装置で複数種類の製品ウェハがそれぞれ異なる処理条件で処理することがある。このような場合、これまでどのような種類の製品ウェハを処理したかの履歴がプラズマ処理室の内部の付着物として残るために、製品ウェハの処理結果に影響することがある。そこで、第１の実施形態あるいは第２の実施形態のいずれかおいて、さらに２種類以上の製品ウェハ２５７が存在していても、同時に予測値を算出することのできる方法について説明する。
【００７２】
図１１は、２種類以上の製品ウェハ２５７が存在していても、同時に予測値を算出する方法について説明する図である。図に示すように、製品ウェハ２５７Ａ、２５７Ｂの２種類のウェハが存在し、かつウェハレスコンディショニング１０１における処理２０１の処理条件が２種類の製品ウェハに共通であるとする。また、ウェハレスコンディショニング１０１はどちらの製品ウェハに対しても共通であるとする。
【００７３】
この場合において、ウェハレスコンディショニング１０１中のクリーニングステップ２０１において測定１０３を実行し、得られた測定結果から製品ウェハ２５７Ａと２５７Ｂのそれぞれの予測式を用いて処理結果を算出する。このとき、製品ウェハ２５７Ａの処理結果は正常な範囲に収まると予測され、他方で製品ウェハ２５７Ｂの処理結果は正常な範囲を逸脱すると予測されたならば、製品ウェハ２５７Ａの処理は続行し、製品ウェハ２５７Ｂの処理は中止し、製品ウェハ２５７Ｂは他の処理装置で処理させる。
【００７４】
このように、製品ウェハ２５７Ｂが処理中止となった時点で時間のかかるメンテナンスを開始しなくても、まだ処理を続行できる製品ウェハＡを処理し続けることで装置稼働率を向上させることができる。
【００７５】
図１２は、予測値の算出結果を説明する図であり、図１２（ａ）は算出結果、図１２（ｂ）は算出手順を説明する図である。図１２（ａ）の例は、それぞれ、ＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガス、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスで多結晶シリコンのウェハをエッチングしたときのエッチング速度を予測したものである。ウェハ１枚に付き予測値が２つあるのは、前述したとおり２種類のウェハの処理結果を同時に算出できるためである。実施手順は図１２（ｂ）に示されたもので、ＳＦ６／Ｏ２混合ガスを使用するクリーニングステップ２０１の間に測定１０３を行い、その後にシーズニングステップ２０２を実施した。図１２（ａ）の横軸がウェハ処理枚数で、１、５、９、１３、１７、２１枚目でＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスプラズマでのエッチング速度を測定し、２５枚目、２９枚目で同混合ガスでのエッチング速度を予測できるか検証した。また、２、６、１０、１４枚目ではＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスプラズマでのエッチング速度を測定し、３０枚目では同混合ガスでのエッチング速度を予測できるか検証した。それ以外のウェハは、量産されている製品と同じ条件でバルクのＳｉダミーウェハをエッチングしている。なお、予測式の作成には、他の実験と同様主成分解析を用いた。
【００７６】
この結果を見ると、ＳＦ６／ＣＨＦ３混合ガスでのエッチング速度は次第に上昇し、１０枚目付近で灰色の帯で示した正常な値の領域を逸脱していることが分かる。実験値では１３枚目は正常な結果を得られているが、予測値の挙動からは１０枚目ですでに処理結果が異常になっていたことが分かる。これとは対照的に、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２混合ガスを用いた場合、初期からエッチング速度はほとんど変化せず、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｏ２でエッチングしなかった期間が１５枚目から２９枚目まで続いても、予測値は正常な値を示し続け、実際に３０枚目の実測値でやはり正常な値であったことが示されている。この実験で明らかになったように、あるウェハを処理し続けている間にも、他のウェハを処理した結果の予測値を常にモニタしておくことができるため、しばらく処理を行わなかった製品についても正常に処理を終えられるかをすぐに判断できる。
【００７７】
このことは、第２の実施例として示した終点検知にも使用することができ、例えば製品ウェハ２５７Ａの予測値が正常な範囲に収まり、終点が得られても、製品ウェハ２５７Ｂについてはまだ終点が得られていなければ、例えばウェハレスコンディショニング１０１を続行するなどして、両方の製品ウェハについて信頼性の高いプラズマ処理を提供できるようになる。あるいは、製品ウェハ２５７Ａをこれから処理しようとするときには、製品ウェハ２５７Ａについてだけ終点が得られた時点でウェハレスコンディショニング１０１を終了し、逆に製品ウェハ２５７Ｂをこれから処理しようとするときには、製品ウェハ２５７Ｂについてだけ終点が得られた時点でウェハレスコンディショニング１０１を終了して、製品ウェハ２５７Ａと製品ウェハ２５７Ｂとでプラズマ処理室２５０の内壁表面の状態、すなわち処理環境を使い分けることもできる。
【００７８】
以上、製品ウェハ２５７Ａ、２５７Ｂの２種類が存在する場合について説明したが、例えば製品ウェハ２５７Ａに管理すべき値が２つ以上存在してもよく、この場合１つめの値を製品ウェハ２５７Ａ１、２つめの値を製品ウェハ２５７Ａ２などと読み替えれば、上記の例と全く同様の方法で運用を行える。
【００７９】
また、製品ウェハ以外に、製品ウェハと類似した構造のテストウェハやウェハ型の測定器の処理結果を予測してもよい。特に、ウェハ型の測定器として電流密度を測定するウェハ型プローブを用いた場合は、電流密度が予測の対象となる。また、テスト用のウェハまたはウェハ型の測定器は１種類に限らず、２種類以上を用いた方がプラズマ処理室２５０の状態をより詳細に評価できる。
【００８０】
図１３は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。この実施形態では、第１の実施例に加え、予測値が正常な範囲に収まらない場合に装置のリカバリステップ５０３を実行することが特徴である。なお、第２の実施形態と第１の実施形態とを併用できることと同様に、第２の実施形態と第３の実施形態とを併用してもよい。
【００８１】
なお、図１３において、ウェハレスコンディショニング１０１と、工程３５２から３５６までは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８２】
判断３５３において、予測値が正常な範囲を逸脱していると判断した場合、判断５０１に移行する。判断５０１では、リカバリステップ条件の設定５０２、リカバリステップ５０３が所定の回数繰り返されているかを判断する。もしも所定の回数以上、繰り返し実行されている場合は、プロセス異常の判定３５５に移行する。未だ所定の回数以下の場合には、リカバリステップ条件の設定５０２に移行する。リカバリステップ条件の設定５０２では、予測値の算出３５２において算出された予測値に基づき、次の工程であるリカバリステップ５０３の条件を設定する。リカバリステップ条件の設定５０２を自動的に行う場合には、予測値の算出３５２において算出された予測値を基に、何らかのアルゴリズムを用いて例えば既存のリカバリステップ条件リスト５０４から選択するのでもよいし、リスト５０４の条件を元に最適な条件を算出するのでもよい。あるいは、予測値の算出３５２で算出された予測値や、分光器２６４から得られたデータをもとに装置管理者が手動で設定してもよい。
【００８３】
また、条件の設定５０２を行うにあたっては、予測値が１つであってもよいが、２つ以上あることが好適である。
【００８４】
図１４は、予測値およびその正常範囲を説明する図である。例えばウェハ２５７Ａ、２５７Ｂ、２５７Ｃ、２５７Ｄ、２５７Ｅ、２５７Ｆの６種類があるとして、図１４（ａ）のような棒グラフ、あるいは折れ線グラフや、図１４（ｂ）のようなレーダーチャートをディスプレイ（図示しない）に表示して、これをもとに装置管理者が判断して手動でリカバリステップの条件設定を行ってもよいし、６つのウェハの予測値を元に何らかのアルゴリズムで装置に判断させ、設定を行わせてもよい。
【００８５】
なお、図１４において、値５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ、５５１Ｅ、５５１Ｆはウェハ２５７Ａ、２５７Ｂ、２５７Ｃ、２５７Ｄ、２５７Ｅ、２５７Ｆの予測値を示し、範囲５５２は、それぞれの予測値の正常な範囲を示している。図１４の意味するところは、値５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｆは正常な範囲５５２よりも大きな値をとり、値５５１Ｃ、５５１Ｄ、５５１Ｅは小さな値をとっているということである。このようなチャートを元に、値５５１のうち１つ以上が範囲５５２に収まるようにリカバリステップ条件の設定５０２を実施すればよい。
【００８６】
リカバリステップ条件の設定５０２が終わると、リカバリステップ５０３を行う。リカバリステップ５０３の条件は、少なくともウェハレスコンディショニング１０１における予測ステップ２０３と同一のステップを含んでいる。この予測ステップ２０３により再び予測値を算出し、リカバリステップが成功したか否かを判断することができる。もちろん、予測ステップ２０３がクリーニングステップ２０１と一体であるならば、クリーニングステップ２０１を実行すればよいし、他のステップと一体ならば、そのステップを実行すればよい。
【００８７】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、予測値が正常な範囲に収まらないときには、予測値をもとに必要なリカバリステップ５０３の条件を設定することができる。さらに２つ以上の予測値を用いることで装置状態を総合的に判断し、より適したリカバリステップ５０３の条件を設定することができるようになる。
【００８８】
図１５は、本発明の第４の実施形態を説明する図である。この例では、プラズマ処理装置のメンテナンスを行った後の復帰方法について説明する。なお、第２の実施形態において終点検出を行ったり、第３の実施形態においてリカバリステップ５０３を実施するなどの方法を、第４の実施形態と組み合わせてもよい。
【００８９】
まず、処理装置が正常な処理を行っている間に、工程６０１としてテスト用ウェハ２５７Ｔの予測式をあらかじめ生成しておく。この工程６０１の具体的な手順は、第１の実施形態において運用手順として示した図８と同様である。
【００９０】
次に、プロセス異常の判定３５５などにより装置を停止させたときに、メンテナンス６０２を開始する。メンテナンス６０２が終了した後、処理装置の起動６０３に移行する。起動６０３が終了したのち、ダミーウェハ２５７Ｓの処理６０４に移行する。この処理６０４の目的はシーズニングで、メンテナンス直後には化学物質がほとんど付着していないプラズマ処理室２５０の内壁を、ある程度の化学物質が付着した正常な状態に近づけることである。処理６０４が終了したらウェハレスコンディショニング１０１を開始し、ウェハ２５７Ｔに関して予測値の算出３５２を行う。次に、判断３５３により、予測値が正常な範囲にあればウェハ２５７Ｔの処理３５４を開始する。予測値が正常な範囲になく、かつ判断６０５により、所定の回数以下ならば、再びダミーウェハ２５７Ｓの処理６０４に移行する。判断６０５により、所定の回数以上繰り返しているならば、プロセス異常との判定６０６を行う。判定６０６以降の操作は、例えばメンテナンス６０２をやり直したり、あるいは第３の実施形態のようにリカバリステップの設定５０２とリカバリステップ５０３を実行してもよい。
【００９１】
処理３５４に移行でき、テストウェハ２５７Ｔのプラズマ処理３５４が終了した場合は、ウェハ２５７Ｔの処理結果の測定３５６に移行する。次に、判断６０７において、装置制御部２６５は管理値記憶部３０９から、ウェハ２５７Ｔの正常値を読み出し、実測値が正常な範囲にあれば、工程６０８に移行し、処理装置の復帰作業は終了したと判断できる。それ以降は、例えば第一の実施形態に従って、処理装置の使用を開始する。判断６０７において、実測値が正常な範囲になければ、判断６０５に移行する。
【００９２】
以上が第４の実施形態であるが、ウェハ２５７Ｔの処理結果の測定３５６に時間がかかる場合は、測定３５６が終了し、判断６０７が終了するまでの間に、図のダミーウェハ２５７Ｓの処理６０４から処理を繰り返してもよい。また、テスト用のウェハ２５７Ｔではなく、通常のウェハ２５７を使用してもよい。この場合は、通常の運用、つまり第１の実施形態などですでに予測式が作成されているはずなので、工程６０１のように予測式を作成しておく段階は不要になる。
【００９３】
また、メンテナンス６０２を行った後には、メンテナンス６０２以前、つまり工程６０１で作成した予測式で処理結果を正しく予測できなくなる場合がある。この原因は、装置状態検出手段２５８、２６１、２６４の観測系が、メンテナンス６０２の何らかの影響を受けたことにある。例えば装置状態検出手段２６４が分光器ならば、観測窓に付着している化学物質の量や質が、メンテナンス６０２により変化してしまい、その結果として受光量が変化したことなどが挙げられる。このような場合は、予測値の算出３５２と判断３５３が正しく機能しなくなる。そのような場合は、図１６に示した手順で運用するとよい。
【００９４】
図１６は、プラズマ処理装置のメンテナンスを行った後の復帰方法の他の例について説明する図である。図１６と、図１５の違いは、判断６５１にある。起動６０３の後、ダミーウェハ２５７Ｓの処理６０４とウェハレスコンディショニング１０１を所定の回数繰り返し、ウェハ２５７Ｔの処理結果の予測値の算出３５２を行う。次に、ウェハ２５７Ｔに対し実際にプラズマ処理３５４を行い、処理結果の測定３５６を行う。処理結果が正常な範囲にあるかどうかの判定６０７を行った後、判断６５１により、予測値と測定値が一致するか、すなわち予測値と測定値の差が所定の値より小さいかを判断する。一致しているということは、メンテナンス前の装置状態および測定器系を再現できているということであり、工程６０８に移行し、メンテナンス後の復帰作業は終了する。一致しなければプロセス異常の判断６０６に移行する。
【００９５】
第４の実施形態によれば、メンテナンス後の復帰作業の終点を明確に得られるようになるほか、ダミーウェハ２５７Ｓの無いウェハレスコンディショニング１０１の時点で処理結果を予測するため、表面の汚れの影響を低減し、精度のよい予測を行えるようになる。なお、以上の説明ではウェハ２５７Ｔの処理結果を予測することでメンテナンス後の復帰作業を判断する方法を述べたが、複数の予測式を用いて、複数の処理結果を予測しながら実施すると、より正確に装置の状態が把握でき、復帰作業後の処理を確実なものにすることができる。
【００９６】
図１７は、本発明の第５の実施形態を説明する図である。ここでは、仮想的な測定器を用いて装置状態を評価する方法について説明する。
【００９７】
プラズマ処理室２５０の内壁にはさまざまな化学物質が付着する。例えばシリコン酸化物もそのひとつである。このシリコン酸化物を除去するために、例えばウェハレスコンディショニング１０１の処理ガスとしてＳＦ６を導入し、ＳＦ６プラズマを生成することでＳiＦｘ（ｘ＝１〜４）として除去するとする。このような場合、プラズマの発光スペクトル中の波長４４０ナノメートル付近にＳiＦの存在を見出すことができるが、シリコン酸化物そのものを見出すことは難しい。すなわち、ＳiＦの発光強度が十分減衰したことをもって、付着しているシリコン酸化物が少なくなったことを推測することはできるが、確実に除去できたことを確認することはできない。
【００９８】
このような場合、プラズマ処理室２５０の壁にＺｎＳｅなどで構成された窓を設置し、そこを透過する赤外線の吸収スペクトルを用いてシリコン酸化物の存在を検出する、いわゆるＦＴ−ＩＲ(Fourier Transformation InfraRed Spectroscopy)を状態検出器２６４として使用することが望ましいが、一方で、この装置が高価であるなどの理由で、商業用のプラズマ処理装置に搭載することは難しい。
【００９９】
そこでこれに対処する方法を図１７に示す。まず図１７（ａ）に示すように、プラズマ処理装置の出荷前にバルクのＳｉダミーウェハに対しプラズマ処理３５４を行い、ある程度の付着物を付けておく。次にウェハレスコンディショニング１０１を行い、付着物をある程度除去し、ＦＴ−ＩＲで付着物の量を測定するための測定７０１を行う。この作業を所定の回数繰り返した後、ＦＴ−ＩＲで測定される付着物の量をウェハレスコンディショニング１０１の時点で予測する予測式を作成する。プラズマ処理装置を出荷するときにはＦＴ−ＩＲの測定器を外し、この予測式を記憶させておく。以降、出荷先では図１７（ｂ）の手順により、ウェハレスコンディショニング１０１の間に付着物の量をリアルタイムに算出する予測７０３を行い、第２の実施形態での終点検知と同様に予測値が所定の値以下になるまでウェハレスコンディショニングを継続する。予測値が所定の値以下になるとウェハレスコンディショニング１０１を終了し、製品ウェハのプラズマ処理３５４を実施する。このようにすることで、ＦＴ−ＩＲが無くとも、あたかもＦＴ−ＩＲにより付着物の量を測定しているかのように扱うことができる。これにより、例えばプラズマの発光スペクトルなどでは除去しきれたかどうか判別しにくい付着物について除去の終点を検出することができる。
【０１００】
他に、ウェハ型の電流プローブなどを用いてプラズマ処理室２５０の状態を詳細に評価したい場合にも本実施形態は有効である。すなわち、ウェハ２５７としてウェハ型の電流測定プローブを処理し、得られる電流値を予測する予測式を作成しておけば、ウェハレスコンディショニング１０１の間に次の処理の時点で電流値がいくつになるのかを予測することができる。使用するプローブの種類を増やし、例えば電流だけでなく、電子温度や電子密度、発光強度分布などを予測できるようにし、前述のように複数の予測値を同時に算出する方法を用いれば、ウェハレスコンディショニング１０１の間にさらに詳細にプラズマ処理室２５０の状態を評価できる。
【０１０１】
このような仮想的な測定装置を用いれば、プラズマ処理室２５０の状態について詳細に知ることができ、何らかの装置異常が発生したときの原因究明に役立つ上に、実際の測定装置を実装するよりもプラズマ処理装置が安価になる。
【０１０２】
図１８は、本発明の第６の実施形態を説明する図である。この例では、予測値を元にウェハ２５７を処理する際の処理条件を調整することで安定な処理結果を得ることができる。例えば、前述の特許文献１などに示される従来技術では、Ｎ番目の製品ウェハ２５７の処理結果を元にＮ＋１番目の製品ウェハ２５７の処理条件を調整し、常に一定の処理結果が得られるようにしている。しかし、処理条件の調整を行ってしまうと、本発明によるウェハレスコンディショニング１０１の時点での予測結果が処理結果と一致しなくなる。また、本発明によるウェハレスコンディショニング１０１の終点検出やリカバリステップの実行などを行うと、従来技術にとってはこのことが外乱となるため、処理条件の調整を正しく行うことができなくなる。つまり、本発明と従来技術は単純な併用ができない。
【０１０３】
そこで図１８に示すように、従来技術のようにＮ番目の処理結果をＮ＋１番目にフィードバックするのではなく、ウェハレスコンディショニング１０１の時点での予測値を製品ウェハのプラズマ処理１０６にフィードバックして処理条件の調整を行えば、従来技術と本発明との併用が可能である。すなわち、図１８における各処理や判断は図１と同じであるが、判断１０５によって正常に処理できないと予測された場合に、予測値をもとにした処理条件の調整７５２によって正常な結果が得られるかの判断７５１を行い、正常な結果が得られると判断できれば、処理条件の調整７５２を行い、プラズマ処理１０６のあとで得られる処理結果を一定にすることができる。このようにして、不良を事前に検知できる本発明の利点を、従来技術に組み入れることができる。
【０１０４】
ただし、このとき、処理条件の調整７５１を行うことにより、ウェハレスコンディショニング１０１の時点で行った処理結果の予測と実際の処理結果とは一致しなくなる。ウェハレスコンディショニング１０１での予測を行うための予測式を作成するにあたって処理条件の調整７５１をしたあとの処理結果を用いてしまうと、処理条件の調整７５１が外乱となってしまうために正常な予測式を作成することができなくなってしまう。そのような場合には、処理条件の調整７５１を行ったことによる調整分を補正値として実際の処理結果に取り入れ、補正された処理結果を用いてウェハレスコンディショニング１０１で使用する予測式を作成するとよい。
【０１０５】
また、処理条件の調整は、ウェハレスコンディショニング１０１から製品ウェハウェハへのフィードバックに限定されるものではなく、プラズマ処理を行う前に測定されたバラツキを吸収するようにフィードフォワードしてもよい。例えば、プラズマ処理する前の製品ウェハ２５７に、ウェハごとにウェハ上のレジストパターンのバラツキがある場合に、プラズマ処理する前にレジストパターンを測定し、そのウェハのレジストパターンが平均的な幅よりも太い場合には、平均的な幅よりも太くなっている分だけ正常な範囲４５２を細めに補正したり、予測式を補正してレジストパターンの太さを反映できるようにして、プラズマ処理後の結果にレジストパターンのバラツキが反映されないようにする。このような方法をとることにより、チャンバ内の内壁状態の変化だけでなく、プラズマ処理前のフォトレジストやウェハ上に製膜する工程などに起因するバラツキも補正できるため、きわめて高い加工精度が得られる。
【０１０６】
以上、第１ないし第６の実施形態を説明した。しかし、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、また、ハードウェア構成についても限定されるものではない。例えば、これまでの説明ではウェハ２５７をプラズマ処理する装置として説明したが、例えば液晶ディスプレイを製造する装置に適用するならば、２５７はガラス基板となる。
【０１０７】
本発明の最大の特徴は、ウェハレスのウェハレスコンディショニング後に処理される製品ウェハの処理結果をウェハレスコンディショニングの時点で予測することであり、前述したハードウェア構成に限定されるものではない。例えば分光器２６４の代わりに、分光器と同様に多量の信号を出力する、例えば、プラズマ処理室２５０内部に挿入したプラズマプローブでもよいし、ガス供給手段に設置されたガス流量計であってもよいし、プラズマ処理室２５０、あるいはガス排気手段２５２の後段に設置された質量分析器などであってもよい。レーザー誘起蛍光法や赤外吸収法などのプラズマ処理室２５０に外部から光を導入し、プラズマを透過あるいは反射した光の吸収スペクトルなどを検出する手段であってもよい。あるいは、アクティブプローブのように外部から電気信号を加えその応答を検出するような手段であってもよい。これらの状態検出手段は、一定間隔の時間あるいは設定されたいくつかのサンプリング時間ごとに装置の状態を示す信号を出力する。単一の波長のみを受光するモノクロメータのような検出器でもよいが、プラズマ処理装置やプラズマの状態をより正確に捉えるには、多数の信号を出力する検出器が望ましい。また、状態検出手段２６４の設置場所は、図６に示されたプラズマ処理室２５０内壁の位置だけでなく、プラズマ生成手段２５６やステージ２５５に設置されていてもよい。
【０１０８】
さらには、ウェハレスコンディショニング１０１にプラズマを使用しなくても、ウェハレスコンディショニング１０１後に処理結果を予測できるハードウェア構成であれば、本発明を実施できる。つまり、ウェハレスコンディショニング１０１として、反応性の高いガスをプラズマ処理室２５０内に単に流すことだけで付着した化学物質を除去、あるいは適切に化学物質を付着させるようなことを行ったりする場合には、状態検出手段２５８、２６１、２６４としては、例えば質量分析器やレーザー誘起蛍光法や赤外吸収法など、プラズマの電気的ないし光学的な特性に依存しないものを用いればよい。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、ウェハを処理する直前のウェハレスコンディショニングにおけるプラズマ処理室の状態検出データと、ウェハの処理結果とを相関づける予測式を作成することで、ウェハを処理する事前に不良となるか否かを検知することができる。このため、不良の発生を最小限にすることができる。
【０１１０】
また、ウェハレスコンディショニングの終点検出を明確に行うことが可能になるために、過剰なウェハレスコンディショニングによる装置状態の劣化や部品の消耗を防ぐことができる。また、全種類のウェハの処理結果をウェハレスコンディショニング中に予測することができるので、複数種類のウェハをランダムに処理するような場合にも、常に全種類のウェハについて不良が発生するか否かを予測することができる。さらに、不良となると予測されたウェハの処理を停止し、正常に処理できると予測された他のウェハの処理を継続することができるため、プラズマ処理装置の稼働率が向上する。
【０１１１】
また、複数種類の予測値により装置状態を明確に把握することが可能になり、仮に装置状態の異常が検出され、リカバリステップを行うことが必要になったとしても、適切なリカバリステップ条件を設定することができる。また、仮想的な測定装置を搭載することができる。これにより、より詳細に装置状態を把握し、トラブルシューティングに役だてることができる。
【０１１２】
また、本発明は、従来技術と併用することができる。また、従来技術とハードウェア構成の大部分が共通であるために、大幅な改変や増設をすることなく本発明を利用することが可能であり、実施が非常に簡便である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における処理手順を説明する図である。
【図２】従来技術を説明する図である。
【図３】ウェハレスコンディショニング１０１の例を説明する図である。
【図４】図３（ｂ）の手順にしたがって、シーズニングステップ２０２で予測を行った実験の結果を示す図である。
【図５】他の実験の結果を示す図である。
【図６】本実施形態に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図７】図６に示す装置制御部２６５の詳細を説明する図である。
【図８】本実施形態に係るプラズマ処理装置の運用方法について説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図１０】図９に示す運用手順にしたがって、予測値を用いてウェハレスコンディショニング１０１の終点検出を行う方法を説明する図である。
【図１１】２種類以上の製品ウェハ２５７が存在していても、同時に予測値を算出する方法について説明する図である。
【図１２】予測値の算出結果を説明する図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【図１４】予測値およびその正常範囲を説明する図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態を説明する図である。
【図１６】図１５に説明した方法の他の例について説明する図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態を説明する図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１４】
２５０  プラズマ処理室
２５１  ガス供給手段
２５２  ガス排気手段
２５３  バルブ
２５４  圧力計
２５５  ステージ
２５６  プラズマ生成手段
２５７  ウェハ
２５８，２６１  状態検出手段
２５９，２６２  チューナ
２６０，２６３  電源
２６４  分光器
２６５  装置制御部
３０１  受信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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